一体化电池、包括其的一体化电池堆和一体化电池系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种一体化电池、包括其的一体化电池堆和一体化电池系统，该一体化电池包括：产生氢气和氧气的电解电池；利用氢气和氧气发电的燃料电池，与电解电池共用集流板且接收由电解电池产生的氢气和氧气。本实用新型专利技术将电解电池和燃料电池一体化设置形成一体化电池，减少了集流板的使用数量，大大节约了成本；一体化设置后其集成性较高，便于对一体化电池管理和维护；在电解电池产生的氢气近距离输送到燃料电池中供燃料电池发电过程中可靠性增强；而且氧气的利用避免了利用空气时需要将空气进行纯化的复杂过程，利用纯氧作为反应气进一步提高了电池的输出电压。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电池领域，尤其涉及一种一体化电池、包括其的一体化电池堆和一体化电池系统。
技术介绍
质子交换膜燃料电池用于备用电源或分布式电站时，需要解决氢气的来源问题。一般采用高压储氢的方式，然而，其放电的可持续性受储氢装置的规模限制，需定期补充氢气燃料。此外，也有其他方法用于提供氢气燃料专利申请号为01120272. 6的中国专利，用重整器将富氢燃料转化为氢气提供给燃料电池作为燃料，但存在以下问题，重整器需要消耗额外电力及造成热量能量损耗，重整器需要脱硫脱一氧化碳造成其系统极为复杂昂贵。 专利申请号为201110126307. 2的中国专利，使用市电作为能量来源通过电解电堆制氢，以提供燃料电池作为燃料，但该系统分别包含电解电堆与燃料电池堆，系统集成性较低，造成可靠性不足；不涉及系统中水的循环利用，系统可持续性不足；不涉及系统能量的综合管理，使用市电作为能量主要来源经过二次转换，造成能量效率较低。
技术实现思路
本技术提供了一种一体化电池、包括其的一体化电池堆和一体化电池系统，用于解决现有技术中燃料电池堆发电系统集成性低、可靠性不足的问题。根据本技术的一个方面，提供了一种一体化电池，该一体化电池包括产生氢气和氧气的电解电池；利用氢气和氧气发电的燃料电池，与电解电池共用集流板且接收由电解电池产生的氢气和氧气。进一步地，上述电解电池包括依次贴合连接的第一集流板、电解阳极电极、第一质子交换膜、电解阴极电极和第二集流板；燃料电池包括依次贴合连接的第二集流板、燃料阳极电极、第二质子交换膜、燃料阴极电极、石墨板、燃料电池冷却腔和第三集流板。进一步地，上述一体化电池还包括端板，端板包括与第一集流板远离电解阳极电极一侧贴合的第一端板以及与第三集流板远离燃料电池冷却腔一侧贴合的第二端板。根据本技术的另一方面，还提供了一种一体化电池堆，该一体化电池堆包括产生氢气和氧气的电解电池堆，包括一个或多个电解电池；利用氢气和氧气发电的燃料电池堆，与电解电池堆相连，接收由电解电池堆产生的氢气和氧气，燃料电池堆包括一个或多个燃料电池，并与电解电池堆共用第二集流板。进一步地，上述一体化电池堆还包括端板，端板包括远离电解阳极电极并与第一集流板贴合的第一端板以及远离燃料电池冷却腔并与第三集流板贴合的第二端板。根据本技术的又一方面，还提供了一种一体化电池系统，该一体化电池系统包括上述的一体化电池堆；向一体化电池堆的电解电池堆供水的供水系统，与电解电池堆相连；向一体化电池堆的燃料电池堆提供冷却水的冷却水系统，与燃料电池堆相连；将电解电池堆产生的氢气输送到燃料电池堆的氢气系统，连接在一体化电池堆中电解电池堆和燃料电池堆之间；将电解电池堆产生的氧气输送到燃料电池堆的氧气系统，连接在一体化电池堆中电解电池堆和燃料电池堆之间；以及处理燃料电池堆产生的尾气的尾气处理系统，与燃料电池堆相连。进一步地，上述供水系统包括第一水箱，第一水箱与电解电池堆的电解阳极电极相连。进一步地，上述第一水箱与电解阳极电极之间的流路上设置有第一水泵。进一步地，上述氧气系统包括第一气水分离器，具有第一进口和第一气体出口，第一进口与电解电池堆的电解阳极电极相连；氧气储罐，具有氧气进口和氧气出口，氧气进口与第一气水分离器的第一气体出口相连，氧气出口与燃料电池堆的燃料阳极电极相连；上述氢气系统包括第二气水分离器，具有第二进口和第二气体出口，第二进口与电解电池堆的电解阴极电极相连；氢气储罐，具有氢气进口和氢气出口，氢气进口与第二气水分离器的第二气体出口相连，氢气出口与燃料电池堆的燃料阴极电极相连。·进一步地，上述氧气系统还包括第一散热器，设置在第一气水分离器与电解阳极电极之间的连接流路上；氧气压缩机，设置在第一气水分离器与氧气储罐之间的连接流路上；上述氢气系统还包括第二散热器，设置在第二气水分离器与电解阴极电极之间的连接流路上；氢气压缩机，设置在第二气水分离器与氢气储罐之间的连接流路上。进一步地，上述第一气水分离器和第二气水分离器分别具有与第一水箱相连的第一液体出口和第二液体出口。进一步地，上述冷却水系统包括第二水箱、第二水泵和第三散热器，第二水箱通过第二水泵与燃料电池冷却腔的入口相连，并通过第三散热器与燃料电池冷却腔的出口相连。进一步地，上述尾气系统包括第三气水分离器，具有第三进口、第三液体出口和尾气排出口，第三进口与燃料电池堆的燃料阳极电极和燃料阴极电极相连；第三水箱，与第三气水分离器的第三液体出口相连。进一步地，上述尾气系统还包括设置在靠近第三气水分离器的第三进口处的缓冲罐，缓冲罐分别与燃料电池堆的燃料阳极电极和燃料阴极电极相连。进一步地，上述第三水箱通过第三水泵与第一水箱和第二水箱相连。进一步地，上述一体化电池系统还包括控制系统，控制系统包括控制氢气和氧气在电解电池堆和燃料电池堆的输送的气体控制模块，与氧气系统和氢气系统相连；控制液体在一体化电池系统中的流动状态的液体控制模块，与氧气系统、氢气系统、冷却水系统以及供水系统相连；控制尾气的排放的尾气控制模块，与缓冲罐相连。进一步地，上述气体控制模块判断燃料电池堆是否需要供电，若是，则向燃料电池堆提供氢气和氧气。进一步地，上述液体控制模块包括第一子模块，判断第一气水分离器的水位是否高于预设值Q，若高于，则第一气水分离器以预设值V向第一水箱补水；第二子模块，判断第二气水分离器的水位是否高于预设值Q，若高于，则第二气水分离器以预设值V向第一水箱补水；第三子模块，判断第三气水分离器的水位是否高于预设值Q，若高于，则第三气水分离器以预设值V向第三水箱补水；第四子模块，在燃料电池堆工作过程中，判断第二水箱的水位是否低于预设值X2，若低于预设值X2，进一步判断第三水箱的水位是否低于预设值Μ,若高于预设值Μ，则第三水箱以预设值M向第二水箱补水，否则或补水后第二水箱的水位仍然低于预设值Χ2时，燃料电池堆停止工作，并向用户界面反馈第二水箱的水位不足的信息；第五子模块，在燃料电池堆工作过程中，判断第三水箱的水位是否高于预设值XI，若高于，第三水箱向第一水箱补水至第三水箱的水位低于预设值Xl ;第六子模块，在电解电池堆工作过程中，判断第一水箱的水位是否低于预设值Χ3，若低于预设值Χ3，进一步判断第三水箱的水位是否高于预设值XI，若高于预设值XI，则第三水箱以预设值M向第一水箱补水，若第三水箱向第一水箱补水后水位仍然低于预设值Χ3，由外界向第一水箱补水，预设值Xl大于预设值Μ。进一步地，上述第一子模块、第二子模块和第三子模块相互不影响，且第一子模块、第二子模块和第三子模块的级别优于第四子模块，第四子模块的级别优于第五子模块，第五子模块的级别优于第六子模块。进一步地，上述尾气控制模块控制缓冲罐中的氧气尾气的量大于氢气尾气的量。本技术将电解电池和燃料电池一体化设置形成一体化电池，减少了集流板的使用数量，大大节约了成本；一体化设置后其集成性较高，便于对一体化电池管理和维护；在电解电池产生的氢气近距离输送到燃料电池中供燃料电池发电过程中可靠性增强；而且氧气的利用避免了利用空气时需要将空气进行纯化的复杂过程，利用纯氧作为反应气进一步提高了电池的输出电压。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本技术还有其它的目的、特征和优点。下面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种一体化电池，其特征在于，所述一体化电池包括：产生氢气和氧气的电解电池；利用氢气和氧气发电的燃料电池，与所述电解电池共用集流板且接收由所述电解电池产生的氢气和氧气。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汤浩，殷聪，杨海玉，谢光有，高建龙，张伟明，
申请(专利权)人：中国东方电气集团有限公司，
类型：实用新型
国别省市：